DE2501175C3 - Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansion - Google Patents
Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit und Sprödbruchsicherheit für den untertägigen Streckenausbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for the heat treatment of profile steel sections with high flexural strength and brittle fracture protection for underground line expansion according to the generic term of Claim 1.
Die im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitte müssen aufgrund ihres durch weitgehend nicht vorhersehbare Gebirgskräfte beeinflußten speziellen Einsatzgebiets besondere technologische Eigenschaften hinsichtlich der Kerbschlagzühigkeit, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung und Einschnürung aufweisen, um die von der Praxis geforderte hohe Biegetragfähigkeit bei gleichzeitiger Sprödbruchsicherheit zu gewährleisten.The steel sections used in the underground route expansion have to go through largely unpredictable rock forces influenced special areas of application special technological Properties in terms of impact strength, tensile strength, yield point, elongation and necking in order to achieve the high flexural strength required by practice with simultaneous brittle fracture resistance to ensure.
Ausgangsmaterial für derartige Profilstahlabschnitte bildet überwiegend ein Feinkornstahl in Grubenausbauqualität mit einem Anteil Kohlenstoff von 0,28 bis 0,40%, Silizium von 0,15 bis 0,45%, Mangan von 0,65 bis 1,0%, Chrom und Nickel von zusammen maximal 030% sowie Phosphor von höchstens 0,08% und Schwefel von höchstens 0,05%. Damit die von der Praxis geforderten Endwerte mit bezug auf die Kerbschlagzähigkeit, die Zugfestigkeit, die Streckgrenze, die Dehnung und die Einschnürung bei diesem Stahl auch erreicht werden, hat man in der Fachwelt bislang übereinstimmend die Profilstahlabschnitte in Abhängigkeit von der chargenbedingten chemischen Zusammensetzung einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus den Verfahrensschritten Härten und anschließendem Anlassen bestehtThe starting material for such profile steel sections is predominantly fine-grain steel in pit lining quality with a proportion of carbon from 0.28 to 0.40%, silicon from 0.15 to 0.45%, manganese from 0.65 to 1.0%, chromium and nickel of together a maximum of 030% as well as phosphorus of a maximum of 0.08% and sulfur of at most 0.05%. So that the final values required by practice with regard to the notched impact strength, the Tensile strength, the yield point, the elongation and the constriction can also be achieved with this steel, So far, experts have consistently found the profile steel sections depending on the batch-related one chemical composition subjected to a heat treatment resulting from the process steps Hardening and subsequent tempering
Bei einer solchen Wärmebehandlung, z.B. in der Vorrichtung gemäß der DE-AS 12 74 151, werden die Profilstai;labschnitte zunächst in einem Durchlaufofen auf Temperaturen von etwa 30 bis 500C oberhalb des /4c3-Punkts gemäß dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm erhitzt Beim Austreten aus dem Durchlaufofen werden die Profilstahlabschnitte dann an mit Wasser beaufschlagten Schlitzdüsen vorbeigeleitet deren wirksame Länge sich etwa über die gesamte Seitenlänge der hinsichtlich ihrer Wandstärke unterschiedlichen Profilbereiche erstreckt, wo ihre Temperatur schroff bis auf Raumtemperatur gesenkt wird. Im Anschluß daran werden die derart gehärteten Profilstahlabschnitte in einem Anlaßofen langsam wieder bis auf Anlaßtemperatur aufgewärmt wobei die Anlaßtemperatur unterhalb des unteren Umwandlungspunkts im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm liegt Durch das Anlassen vermindern sich die Festigkeit und die Streckgrenze bei gleichzeitiger Erhöhung der Dehnung, der Einschnürung und der Kerbschlagzähigkeit Die Kerbschlagzähigkeit erreicht dann Werte von 12 bis 15kpm/cm2, während die Zugfestigkeit 80 bis 90 kp/mm2 beträgt. Die Dehnung erreicht dabei einen Wert von etwa 18 bis 25%, die Einschnürung einen Wert von etwa 60 bis 65% und die Streckgrenze beträgt etwa 55 bis 65 kp/mm2.Carbide diagram iron labschnitte initially in a continuous furnace at temperatures of about 30 to 50 0 C above the / 4C3-point according to the heated, at such a heat treatment, for example, in the device according to DE-AS 12 74 151, the Profilstai be When exiting the continuous furnace, the profile steel sections are then guided past slot nozzles exposed to water, the effective length of which extends approximately over the entire side length of the profile areas with different wall thicknesses, where their temperature is abruptly reduced to room temperature. The steel sections hardened in this way are then slowly reheated in a tempering furnace to the tempering temperature, the tempering temperature being below the lower transition point in the iron-carbon diagram the notched impact strength The notched impact strength then reaches values of 12 to 15 kpm / cm 2 , while the tensile strength is 80 to 90 kp / mm 2 . The elongation reaches a value of about 18 to 25%, the constriction a value of about 60 to 65% and the yield point is about 55 to 65 kp / mm 2 .
Der wesentliche Nachteil der sich nahezu über den gesamten Umfang der Profilstahlabschnitte erstreckenden Schlitzdüsenanordnung bei der bekannten Vorrichtung ist die zwangsläufige Konsequenz, die Temperatur der Profilstahlabschnitte schroff bis auf Raumtemperatur absenken zu müssen. Hieraus folgert dann der weitere Nachteil dieser Vorrichtung, daß neben dem Durchlaufofen zum Erhitzen der Profilstahlabschnitte auf eine Temperatur oberhalb des /lcs-Punkts und der Abschreckdüsen noch ein zusätzlicher Anlaßofen notwendig ist Verbunden mit der Beschaffung und der Aufstellung eines solchen Ofens ist auch die Bereitstellung des zur Beheizung notwendigen Energiebedarfs sowie der für den Betrieb des Anlaßofens erforderlichen qualifizierten Fachkräfte.The main disadvantage of extending over almost the entire circumference of the profile steel sections The slot nozzle arrangement in the known device is the inevitable consequence, the temperature to have to lower the profile steel sections abruptly to room temperature. From this then the Another disadvantage of this device is that in addition to the continuous furnace for heating the profile steel sections to a temperature above the / lcs point and the Quenching nozzles still an additional tempering furnace is necessary Connected with the procurement and the Setting up such a furnace also means providing the energy required for heating as well as the qualified specialists required for the operation of the tempering furnace.
Schließlich weist die bekannte Vorrichtung noch den Nachteil auf, daß auch die aus dem Durchlaufofen austretenden Stirnflächen der ProfilstahlabschnitteFinally, the known device also has the disadvantage that that from the continuous furnace emerging end faces of the profile steel sections
sofort voll in den Einflußbereich des aus den Schlitzdüsen austretenden Wassers gelangen. Hierdurch werden die jeweils vorderen Längenbereiche der einzelnen Profilstahlabschnitte wesentlich intensiver gekühlt als die Oberflächenbereiche der folgenden Längenabschnitte, so daß auf den ersten 1 bis 3 m relativ häufig Härterisse festgestellt wurden, was automatisch Ausschußware bedeutete.immediately come fully into the area of influence of the water emerging from the slot nozzles. Through this the respective front length areas of the individual profile steel sections become much more intense cooled than the surface areas of the following length sections, so that relative to the first 1 to 3 m Hardness cracks were often found, which automatically meant rejects.
Durch die Wärmebehandlung in einer derartigen Vorrichtung ergibt sich ferner der Nachteil, daß aufgrund der Analysenschwankungen des Stahls, d. h. der chemischen Zusammensetzung der einzelnen zur Weiterverarbeitung anstehenden Chargen der Profilstahlabschnitte, es unbedingt erforderlich ist, die Anlaßtemperatur der jeweiligen Analyse genau anzupassen. So muß beispielsweise bei wachsender Härte aufgrund der chemischen Zusammensetzung eine entsprechend höhere Anlaßtemperatur nach dem Härten gewählt werden, um die von der Praxis geforderten Mindestendwerte der technologischen Gütewerte der Profilstahlabschnitte zu erreichen. Es ist also die Temperatur im Anlaßofen genau auf die jeweilige chemische Zusammensetzung der einzelnen Charge abzustimmen. Hierbei ist es naturgemäß nicht auszuschließen, daß eine falsche Anlaßtemperatur aufgrund von Übermittlungsfehlern gewählt wird und dadurch häufig eine ein- oder mehrmalige Nachbehandlung der Profilstahlabschnitte erforderlich ist, um die geforderten Endwerte sicherzustellen.The heat treatment in such a device also has the disadvantage that due to the analysis fluctuations of the steel, d. H. the chemical composition of each Further processing of upcoming batches of the sectional steel sections, it is absolutely necessary that Adjust the tempering temperature exactly to the respective analysis. For example, with increasing hardness, due to the chemical composition, a correspondingly higher tempering temperature after hardening can be selected to that of practice to achieve the required minimum final values of the technological quality values of the profile steel sections. It is that is, the temperature in the tempering furnace is precisely tailored to the chemical composition of each To coordinate batch. Naturally, it cannot be ruled out that the tempering temperature may be incorrect is chosen due to transmission errors and thus often a single or multiple follow-up treatment of the steel sections is required to ensure the required final values.
Die technologischen Gütewerte der in der bekannten Vorrichtung behandelten Profilstahlabschnitte schwanken demnach in relativ weiten Grenzen.The technological quality values of the known in the The section steel sections treated with the device therefore vary within relatively wide limits.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die geforderten technologischen Gütewerte mit den nicht zu vermeidenden Schwankungen in sehr engen Grenzen zu halten und diese Gütewerte in erheblich kürzerer Zeit sowie mit geringerem apparatemäßigem Aufwand sicherzustellen.The invention is accordingly based on the object to provide a device with the help of which it is possible, the required technological quality values with the unavoidable fluctuations in very to keep narrow limits and these quality values in a considerably shorter time and with less equipment To ensure effort.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The solution to this problem consists in the characterizing features of claim 1.
Die Erfindung macht sich hierbei die Kenntnis der Zwischenstufenumwandlung beim gesteuerten Abschrecken von Kohlenstoff-Stählen zunutze. In der Zwischenstufe entsteht bekanntlich ein Gefüge, das zwischen der perlitischen Umwandlung und der Martensitbildung liegt Es erfolgt also ein Umwandlungsvorgang des Raumgitters bei teilweiser Segregation von feinsten Karbiden. Die Zwischenstufe zeichnet sich ferner durch eine Festigkeit aus, die über der Perlitstufe, aber unterhalb der Martensitfestigkeit liegt. Weiterhin kennzeichnet sich die Zwischenstufe durch eine sehr hohe Zähigkeit.The invention makes the knowledge of the interstage conversion in controlled quenching of carbon steels. In the intermediate stage, as is well known, a structure arises that Between the pearlitic transformation and the martensite formation there is a transformation process of the space lattice with partial segregation of the finest carbides. The intermediate stage draws is also characterized by a strength that is above the pearlite level but below the martensite strength. The intermediate stage is also characterized by very high toughness.
Diese Kenntnisse werden bei der Wärmebehandlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dahingehend angewendet, daß die Profilstahlabschnitte nunmehr unmittelbar nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen, etwa in einer Entfernung von 0,5 m, innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums nicht, wie in der bekannten Vorrichtung, bis auf Raumtemperatur, sondern lediglich gezielt auf eine Temperatur abgekühlt werden, die im Bereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe liegt. Durch die spezielle Anordnung der Abschreckdüsen kann jetzt die Abkühlgeschwindigkeit so hoch gewählt werden, daß es innerhalb der Profilstahlabschnitte nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit kommt Beispielsweise wird die Temperatur in den Profilstahlabschnitten beim Vorbeiführen an den Abschreckdüsen innerhalb von etwa 2 bis 3 Sekunden auf eine Höhe von etwa 5000C gesenkt Jeder partielle Teil der Profilstahlabschnitte wird dabei auf etwa 500° C hinsichtlich seines Gefüges exakt festgelegt Dadurch ist gewährleistet daß beim schnellen Absinken der Temperatur im Bereich der gezielt auf die verdickten Bereiche der Profilstahlabschnitte gerichteten Abschreckdüsen keine Linie im Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Schaubild) des jeweiligen Kohlenstoff-Stahls durchlaufen wird. Weiterhin ist es hierdurch möglich, daß der Abkühlvorgang exakt in diesem Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe unterbrochen werden kann. Ist die Gefügeumwandlung nach dem Durchlaufen der Zwischenstufe beendet kann die restliche Abkühlung in beliebiger Weise erfolgen, weil sich das Gefüge nicht mehr ändert Die Profilstahlabschnitte können daher beispielsweise an Luft gelagert oder durch Düsen bzw. in Tauchbädern mit Wasser auf Handhabungstemperatur abgekühlt werden.This knowledge is applied in the heat treatment in the device according to the invention to the effect that the profile steel sections now immediately after exiting the continuous furnace, for example at a distance of 0.5 m, within a very short period of time, as in the known device, except for Room temperature, but only to be specifically cooled to a temperature that is in the range of the middle to upper intermediate level. Thanks to the special arrangement of the quenching nozzles, the cooling speed can now be selected so high that pre-eutectoid ferrite is not precipitated within the steel sections reduced from about 500 0 C Each partial portion of the profile steel sections is thereby set at about 500 ° C in terms of its structure exactly This ensures that upon rapid drop in temperature in the area of targeted directed to the thick portions of the profiled steel sections quenching nozzles no line in the time-temperature -Conversion diagram (ZTU diagram) of the respective carbon steel is run through. This also makes it possible for the cooling process to be interrupted precisely in this temperature range of the middle to upper intermediate stage. If the structural transformation is over after passing through the intermediate stage, the remaining cooling can take place in any way, because the structure no longer changes.The steel sections can therefore be stored in air, for example, or cooled to handling temperature through nozzles or in immersion baths with water.
Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte und insofern quasi isotherme Umwandlung in der Zwischenstufe reduziert die Zeit, um die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte zu erreichen, etwa um die Hälfte gegenüber der Wärmebehandlung in der bekannten Vorrichtung. Darüber hinaus ist eine vorausbesiimmbare Festigkeit zu erreichen. Die technologischen Gütewerte schwanken in nur engen Grenzen. Ferner wird bei gleichbleibenden Werten für die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Dehnung eine erheblich verbesserte Kerbschlagzähigkeit erzielt die nunmehr etwa 15 bis 20 kpm/cm2 beträgtThe conversion carried out in the device according to the invention and thus quasi-isothermal conversion in the intermediate stage reduces the time to achieve the technological quality values required in practice by about half compared to the heat treatment in the known device. In addition, a strength that can be determined in advance must be achieved. The technological quality values fluctuate within narrow limits. Furthermore, with constant values for the tensile strength, the yield point and the elongation, a considerably improved notched impact strength is achieved, which is now approximately 15 to 20 kpm / cm 2
Es ist kein zusätzlicher Anlaßofen mehr erforderlich. Der Aufwand für die Beschaffung und den Betrieb des Ofens sowie die Bereitstellung der notwendigen Betriebsenergie entfällt. Weiterhin werden Arbeitskräfte eingespart, wobei insbesondere qualifizierte Fachkräfte entbehrlich sind. Die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von im untertägigen Streckenausbau verwendeten Profilstahlabschnitten hoher Biegetragfähigkeit bei gleichzeitiger Sprödbruchsicherheit wird erheblich gesteigert.There is no longer any need for an additional tempering furnace. The effort involved in procuring and operating the Furnace and the provision of the necessary operating energy is not required. Workers continue saved, with qualified specialists in particular being dispensable. The profitability of the Manufacture of profile steel sections with high flexural strength used in underground line expansion with simultaneous brittle fracture security is considerably increased.
Durch die geneigte Anordnung der Düsenlängsachsen gelangen die aus dem Durchlaufofen als erste heraustretenden Stirnflächen der einzelnen Profilstahlabschnitte nicht sofort unter den vollen Einfluß der Wasserstrahlen. Die Endabschnitte werden deshalb trotz der größeren Oberflächen nicht stärker abgeschreckt als die Oberflächenbereiche in den nachfolgenden Längenabschnitten der Profilstahlabschnitte. Der Gefahr des Entstehens von Härterissen wird somit wirkungsvoll entgegengetreten. Auch brauchen die Endabschnitte anschließend nicht mehr abgetrennt zu werden, weil sie nunmehr garantiert dasselbe Gefüge aufweisen wie die nachfolgenden Längenabschnitte. Die Profilstahlabschnitte sind folglich über ihre gesamte Länge voll verwendbar.Due to the inclined arrangement of the longitudinal axes of the nozzles, they are the first to get out of the continuous furnace emerging end faces of the individual profile steel sections not immediately under the full influence of the Water jets. The end sections are therefore not quenched to a greater extent despite the larger surfaces than the surface areas in the subsequent length sections of the profile steel sections. Of the This effectively counteracts the risk of hardening cracks occurring. They also need End sections then no longer need to be separated because they now guarantee the same structure like the following length sections. The profile steel sections are consequently over their entire Length fully usable.
Schließlich bildet es im Rahmen der Erfindung einen wesentlichen Vorteil, daß ein Gefüge erreichbar ist, welches in den von der Praxis her geforderten Grenzen die gewünschten Werte zweifelsfrei aufweist und dabei mit Bezug auf die Kerbschlagzähigkeit eine spezielle Verbesserung besitzt. Dank der besonderen Düsenausbildung und -anordnung werden auch die Quoten für notwendige wärmetechnische Nachbehandlungen beträchtlich gesenkt. Es kann nicht mehr vorkommen, daß durch falsche Wahl der Anlaßtemperatur, die beispielsweise durch Übermittlungsfehler einer an sich richtigenFinally, within the scope of the invention, it is a significant advantage that a structure can be achieved which, within the limits required by practice, has the desired values without a doubt and at the same time has a particular improvement with respect to impact strength. Thanks to the special nozzle design and arrangement, the quotas for necessary thermal after-treatment are also considerable lowered. It can no longer happen that by incorrect selection of the tempering temperature, for example due to transmission errors a correct one in itself
Analyse zugrunde gelegt wird, die technologischen Gütewerte nicht denjenigen entsprechen, die die Praxis fordert Auch dadurch bedingte Nachbehandlungen der Profilstahlabschnitte, wie nochmaliges Härten mit anschließendem Anlassen, fallen fort.Analysis is based on the fact that the technological quality values do not correspond to those that apply in practice This also requires post-treatment of the profile steel sections, such as repeated hardening subsequent tempering do not apply.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen umittelbar gegenüberliegenden Oberflächen der Profilstahlabschnitte etwa 80 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm, bemessen ist Dieses Merkmal trägt mit dazu bei, die von der Praxis geforderten technologischen Gütewerte auch mit Sicherheit zu gewährleisten.Another advantageous feature of the invention is seen in the fact that the distance between the mouths the quenching nozzles from those directly opposite them Surface of the profile steel sections about 80 to 120 mm, preferably about 100 mm, This feature also contributes to the technological quality values required in practice to ensure with certainty.
Bei rinnenartigen Profilstahlabschnitten mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt und endseitig verdickten Flanschen kennzeichnet sich eine besonders vorteilhafte Anordnung der Abschreckdüsen im Rahmen der Erfindung dadurch, daß die Längsachse je einer Düse auf die äußeren Oberflächen der Übergangsbereiche von den Profilstegen auf den Profilboden, auf die äußeren Oberflächen der Winkelbereiche zwischen den Profilstegen und den verdickten Flanschen sowie auf die Stirnflächen der verdickten Flansche und die Längsachse einer weiteren Düse bei Anordnung in der Mittellängsebene der Profilstahlabschnitte auf die innere Oberfläche des Profilbodens gerichtet sind.With channel-like profile steel sections with an approximately U-shaped cross section and at the end thickened flanges are characterized by a particularly advantageous arrangement of the quenching nozzles in the frame of the invention in that the longitudinal axis of each nozzle on the outer surfaces of the transition areas from the profile webs to the profile base, to the outer surfaces of the angular areas between the Profile webs and the thickened flanges as well as on the end faces of the thickened flanges and the longitudinal axis another nozzle when arranged in the central longitudinal plane of the profile steel sections on the inner surface of the profile bottom are directed.
Diese Anordnung der Längsachsen der Abschreckdüsen sichert mithin auch bei einem U-förmigen Profil mit über dem Profilquerschnitt unterschiedlich dicken Wandabschnitten ein gezieltes Absenken der Temperaturen aus einem Bereich oberhalb des Aa- Punktes des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammes auf einen Temperaturbereich der mittleren bis oberen Zwischenstufe des jeweiligen Stahles, insbesondere auf eine Temperatur von etwa 5000CThis arrangement of the longitudinal axes of the quenching nozzles ensures a targeted lowering of the temperatures from a range above the Aa point of the iron-carbon diagram to a temperature range of the middle to upper intermediate level, even with a U-shaped profile with wall sections of different thicknesses over the profile cross-section respective steel, in particular to a temperature of about 500 0 C
Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigtThe invention is described in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings explained it shows
F i g. 1 schematisiert einen horizontalen Längsschnitt durch einen Durchlaufofen mit an den Durchlaufen sich anschließender Abschreckvorrichtung und einen Profilstahlabschnitt in der Draufsicht,F i g. 1 schematically shows a horizontal longitudinal section through a continuous furnace with the passages subsequent quenching device and a section steel section in plan view,
Fig.2 eine schematisierte Frontalansicht auf die Abschreckvorrichtung gemäß der Linie H-II der F i g. 1,2 shows a schematic front view of the Quenching device according to line H-II in FIG. 1,
Fig.3 den Endbereich eines Profilstahlabschnittes beim Eintritt in die Abschreckvorrichtung der F i g. 1 und 2 sowie eine Abschreckdüse in der Seitenansicht und3 shows the end area of a section steel section upon entering the quenching device of FIG. 1 and 2 and a quenching nozzle in a side view and
Fig.4 das Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild eines Kohlenstoff-Feinkornstahles in Grubenausbauqualität gemäß der Erfindung.4 shows the time-temperature conversion diagram a carbon fine-grain steel in pit lining quality according to the invention.
Mit 1 ist in der F i g. 1 schematisiert ein Durchlaufofen bezeichnet, der in Längsrichtung mehrere in geringem Abstand aufeinanderfolgende querangeordnete Stützrollen 2 aufweist, die dem Transport eines Profilstahlabschnittes 3 durch den Ofen 1 hindurch entsprechend dem Pfeil Z dienen. Die Stützrollen 2 sind alle oder zum Teil angetrieben.With 1 in FIG. 1 schematically denotes a continuous furnace, the longitudinal direction several in a small Has spaced successive transversely arranged support rollers 2, the transport of a section steel section 3 serve through the furnace 1 according to the arrow Z. The support rollers 2 are all or for Part driven.
Der Profilstahlabschnitt 3 (s. auch F i g. 2% beispielsweise ein U-förmiger Profilstahlabschnitt, mit endseitig der Profilstege 4 vorgesehenen verdickten Flanschen 5 liegt mit den Stirnflächen 6 dieser Flansche 5 auf den Rollen 2, so daß der offene Kanalbereich 7 abwärts gerichtet istThe section steel section 3 (see also Fig. 2%, for example a U-shaped section steel section, with thickened flanges 5 provided at the end of the section webs 4) lies with the end faces 6 of these flanges 5 on the rollers 2, so that the open channel area 7 is directed downwards is
In dem Durchlaufofen 1 wird der Profilstahlabschnitt 3 kontinuierlich während des Durchlaufens in Richtung des Pfeiles Z erwärmt, so daß jeder partielle Teil im Bereich vor der Mündung 8 des Durchlaufofens 1 dann eine Temperatur aufweist, die oberhalb des Ac3-Punktes im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm liegt Beispielsweise liegt diese Temperatur 30 bis 50°C oberhalb des /icj-Punktes.In the continuous furnace 1, the section steel section 3 is heated continuously while passing through in the direction of the arrow Z , so that each partial part in the area in front of the mouth 8 of the continuous furnace 1 then has a temperature above the Ac 3 - point in the iron-carbon- The diagram is, for example, this temperature is 30 to 50 ° C above the / icj point.
In nur geringem Abstand von der Mündung 8 des Durchlaufofens 1, beispielsweise in einem Abstand von 0,5 m, ist eine Abschreckvorrichtung 9 mit nachfolgender Rollenbatterie 10 angeordnetAt only a small distance from the mouth 8 of the continuous furnace 1, for example at a distance of 0.5 m, a quenching device 9 with a subsequent roller set 10 is arranged
lu Abschreckvorrichtung 9 weist eine Halterung U für umfangsseitig des Profilstahlabschnittes 3 verteilt angeordnete Abschreckdüsen 12—18 auf. Die Halterung 11 ist in einem Rahmen 19, der zugleich auch der tragende Rahmen für die Rollenbatterie 10 sein kann, frei vertikal- und querbeweglich gemäß den Pfeilen χ und y gelagert. Sie besitzt eine den Umrissen des Profilstahlabschnittes 3 angepaßte Maskenöffnung 20, durch die der Profilstahlabschnitt 3 mit nur geringem Spiel durchgeleitet wird. Die Abschreckdüsen 12—18 sind im Abstand von der Maskenöffnung 20 an der Halterung Il gegebenenfalls verstellbar befestigt Bei eventuellen Verwerfungen des Profilstahlabschnittes 3, beispielsweise bei durch Thermoschockverzug bedingten Krümmungen, folgt die Maskenöffnung 20 dem Längsverlauf des Profilstahlabschnittes. Dadurch verlagert sich die Halterung 11 ebenfalls entsprechend dem Krümmungsverlauf des Profilstahlabschnittes 3 in Richtung der Pfeile χ und y. Die an der Halterung 11 befestigten Abschreckdüsen 12—18 folgen somit ebenfalls automatisch dem Krümmungsverlauf des Profilstahlabschnittes 3 und bleiben in dem eingestellten Abstand zu den ihnen direkt gegenüberliegenden Oberflächen des Profilstahlabschnittes 3.The quenching device 9 has a holder U for quenching nozzles 12-18 which are distributed around the circumference of the steel section 3. The bracket 11 is mounted in a frame 19, which can also be the supporting frame for the roller set 10, freely vertically and transversely according to the arrows χ and y. It has a mask opening 20 which is adapted to the outlines of the section steel section 3 and through which the section steel section 3 is passed with little play. The quenching nozzles 12-18 are fastened to the holder II in a possibly adjustable manner at a distance from the mask opening 20. As a result, the holder 11 is also displaced in accordance with the curvature of the profile steel section 3 in the direction of the arrows χ and y. The quenching nozzles 12-18 attached to the holder 11 thus also automatically follow the course of the curvature of the sectional steel section 3 and remain at the set distance from the surfaces of the sectional steel section 3 directly opposite them.
die Leitungen 21 derart beaufschlagt, daß aus den Mündungen der Abschreckdüsen ein Wasserkegel austritt der fein zerstäubt ist Der Kegel besitzt eine Spreizung von etwa 25 bis 30°. Um die Zerstäubung des Wassers im Kegel noch feiner zu gestalten, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Düsen neben dem Wasser zusätzlich noch mit Luft zu beaufschlagen.the lines 21 are acted upon in such a way that a water cone emerges from the mouths of the quenching nozzles exit which is finely atomized. The cone has a spread of about 25 to 30 °. To avoid the atomization of the To make the water even finer in the cone, it may be useful to use the nozzles next to the Air must also be added to the water.
Die Längsachsen der Abschreckdüsen sind beim Ausführungsbeispiel, d. h. bei einem U-förmigen Profilstahlabschnitt 3, weitgehend auf desen verdickteThe longitudinal axes of the quenching nozzles are in the embodiment, i. H. with a U-shaped profile steel section 3, largely thickened on desen
as Querschnittsbereiche gerichtet Es ist also je eine Düse 12,13 auf die äußeren Oberflächen der Obergangsbereiche von den Profilstegen 4 auf den Profilboden 22, je eine Düse 14, 15 auf die äußeren Oberflächen der Winkelbereiche zwischen den Profilstegen 4 und den As cross-sectional areas there is thus one nozzle 12, 13 each on the outer surfaces of the transition areas from the profile webs 4 to the profile base 22, each one nozzle 14, 15 on the outer surfaces of the angular areas between the profile webs 4 and the
so verdickten Flanschen 5 sowie je eine Düse 16,17 auf die Stirnflächen 6 der verdickten Flansche 5 gerichtet Eine weitere Düse 18 ist bei Anordnung in der Mittellängsebene des Profilstahlabschnittes 3 auf die innere Oberfläche des Profilbodens 22 gerichtet Der Abstand der Mündungen der Abschreckdüsen von den ihnen unmittelbar gegenüberliegenden Oberflächen ist im wesentlichen derselbe und beträgt etwa 80 Ims 120 mm, vorzugsweise etwa 100 mm.so thickened flanges 5 and each a nozzle 16,17 on the End faces 6 of the thickened flanges 5 directed. Another nozzle 18 is arranged in the central longitudinal plane of the profile steel section 3 directed to the inner surface of the profile bottom 22 The distance the mouths of the quenching nozzles from the surfaces immediately opposite them is in essentially the same and is about 80 Ims 120 mm, preferably about 100 mm.
Längsachsen aller Düsen, hier beispielsweise die der Düse 13, in Vorschubrichtung Z'des Profilstahlabschnittes 3 um etwa 15" aus der auf die gegenüberfiegende Oberfläche gerichteten Senkrechten abgewinkelt Diese Anordnung hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, weil hierdurch die Stirnflächen 23 jedes aus demLongitudinal axes of all nozzles, here for example those of the Nozzle 13, in the feed direction Z 'of the sectional steel section 3 by about 15 "from the one to the opposite Surface facing perpendiculars angled This arrangement has therefore proven to be advantageous because as a result, the end faces 23 each from the
* richtung 9 eintretenden Profflstahlabsctes 3 nicht sofort νου mit Wasser benetzt und dadurch zu stark* Profflstahlabsctes 3 entering direction 9 not Immediately νου wetted with water and therefore too strong
25 Ol25 Ol
abgeschreckt werden. Die geneigte Anordnung der Längsachsen der Abschreckdüsen sichert, daß auch die Endbereiche der Profilstahlabschnitte 3 in dem gleichen Umfang gezielt auf eine Temperatur von etwa 500nC abgeschreckt werden wie die nachfolgenden Längenbereiche der Profilstahlabschnitte 3. Hierdurch werden Härterisse vermieden und es brauchen die Endbereiche der Profilstahlabschnitte nicht abgetrennt zu werden, da sie das gleiche Gefüge wie die nachfolgenden Längenbereiche aufweisen.be deterred. The inclined arrangement of the longitudinal axes of the quenching nozzles ensures that the end areas of the profile steel sections 3 are also specifically quenched to the same extent to a temperature of about 500 n C as the subsequent length areas of the profile steel sections 3.This avoids hardening cracks and the end areas of the profile steel sections are required not to be separated because they have the same structure as the following length ranges.
Die Fig.4 zeigt ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild (ZTU-Schaubild) für einen Feinkornstahl in Grubenausbauqualität. Hierbei ist in der Vertikalen die Temperatur in Grad Celsius und in der Horizontalen die Haltezeit in Sekunden aufgetragen.4 shows a time-temperature conversion diagram (ZTU diagram) for a fine-grain steel in pit lining quality. Here is the vertical The temperature is plotted in degrees Celsius and the holding time in seconds on the horizontal plane.
In diesem ZTU-Schaubild bezeichnen die gestrichelte Linie Ac3 den oberen Gefügeumwandlungspunkt, die gestrichelte Linie Ac\Edas Ende des unteren Umwandlungspunktes, die gestrichelte Linie Ac\B den Beginn des unteren Umwandlungspunktes und die gestrichelte Linie Msden Beginn der martensitischen Umwandlung.In this TTT diagram, the dashed line Ac 3 denotes the upper structural transformation point, the dashed line Ac \ E the end of the lower transformation point, the dashed line Ac \ B the start of the lower transformation point and the dashed line Ms the start of the martensitic transformation.
Die voll ausgezogenen Kurven F, P, Zw und E ergeben sich aus einer größeren Anzahl von Untersuchungen, bei welchen jeweils der in Rede stehende Stahl auf eine Temperatur oberhalb des /Ic3-Punktes erwärmt und dann schroff auf eine bestimmte Temperatur abgeschreckt und auf dieser Temperatur eine gewisse Zeit gehalten wird. Die Verbindungen der auf diese Weise ermittelten Punkte ergeben die voll ausgezogenen Kurven.The solid curves F, P, Zw and E result from a large number of investigations in which the steel in question is heated to a temperature above the Ic3 point and then abruptly quenched to a certain temperature and at this temperature is held for a certain period of time. The connections of the points determined in this way result in the full curves.
Anhand des Verlaufs dieser Kurven ist erkennbar, wann rechts neben der Kurve F die Ausscheidung von Ferrit beginnt, wenn beispielsweise der erwärmte Stahl einer Abschrecktemperatur von 600° C unterworfen und diese Temperatur über eine Haltezeit von etwa 5 Sekunden aufrechterhalten wird.The course of these curves shows when the precipitation of ferrite begins to the right of curve F if, for example, the heated steel is subjected to a quenching temperature of 600 ° C. and this temperature is maintained for a holding time of about 5 seconds.
Wird der betreffende Stahl noch langer auf dieser Temperatur gehalten, so zeigt die Kurve P den Bereich an, in dem die perlitische Umwandlung beginnt. Aus dem ZTU-Schaubild ist auch zu erkennen, daß bei dem Ausführungsbeispiel von 600° der Beginn der perlitischen Umwandlung nach einer Haltezeit von etwa 120 Sekunden erfolgt.If the steel in question is kept at this temperature for a longer period of time, curve P shows the range in which the pearlitic transformation begins. From the ZTU diagram it can also be seen that the Embodiment of 600 ° the start of the pearlitic transformation after a holding time of about 120 Seconds.
Die Kurve E zeigt das zeitliche Ende sämtlicher Gefügeumwandlungen an.Curve E shows the end of all structural transformations.
Aus dem ZTU-Schaubild ist ferner die Kurve Zw zu erkennen, die den Beginn der Zwischenstufenumwandlung anzeigt.The ZTU diagram also shows the curve Zw , which shows the start of the interstage conversion.
Wie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem gestrichelt eingezeichneten Fächer FÄ\ im ZTU-Schaubild erkennen läßt, wird hier beispielsweise ein auf 900°C erwärmter Profilstahlabschnitt innerhalb von zwei bis drei Sekunden schroff auf eine Temperatur von 500° C abgeschreckt. Nunmehr wird dieser Profilstahlabschnitt nicht wie bislang auf dieser erreichten Temperatur gehalten, so daß er nach etwa weiteren vier bis fünf Sekunden die Kurve P, d. h. den Beginn der Perlitumwandlung, erreichen würde, sondern der Profilstahlabschnitt wird der gemilderten Wärmeabfuhr an Luft ausgesetzt, so daß sich der gestrichelt gezeichnete gefächerte Abschnitt FÄ2 vom Beginn der Zwischenstufenumwandlung bei etwa 500° C leicht abwärts geneigt unterhalb der Kurve Perstreckt.As an embodiment of the invention according to the dashed fan FÄ \ in the ZTU diagram shows, here, for example, a section of steel section heated to 900 ° C is abruptly quenched to a temperature of 500 ° C within two to three seconds. Now this section steel section is not kept at this reached temperature as before, so that it would reach curve P, ie the start of pearlite transformation, after about another four to five seconds, but the section steel section is exposed to the reduced heat dissipation in air, so that the dotted fanned section FÄ2 extends from the beginning of the interstage conversion at about 500 ° C, sloping slightly downwards below the curve P.
Durch diese Maßnahme ist einerseits sichergestellt, daß es durch die gezielte Abschreckung innerhalb eines Zeitraumes von zwei bis drei Sekunden auf etwa 500°C nicht zu einer Ausscheidung von voreutektoidem Ferrit hinter der Linie F kommt. Die Kurve F beginnt erst oberhalb 500°C. Andererseits ist aber auch erkennbar, daß bei der anschließenden gemilderten Wärmeabfuhr an Luft der restliche Bereich der hinter der Kurve Zw beginnenden Zwischenstufe durchlaufen wird, ohne daß es an der Linie Mszur Martensitbildung kommt.This measure ensures, on the one hand, that the targeted deterrence does not lead to the excretion of pre-eutectoid ferrite behind the line F within a period of two to three seconds to about 500 ° C. The curve F only begins above 500 ° C. On the other hand, however, it can also be seen that during the subsequent reduced heat dissipation to air, the remaining area of the intermediate stage beginning behind the curve Zw is passed through without martensite formation occurring on the line Ms.
Das Zwischenstufengefüge liegt, wie das TU-Schaubild gemäß F i g. 4 zeigt, zwischen der perlitischen Umwandlung und der Martensitbildung. Die Zwischenstufe zeichnet sich durch eine Festigkeit aus, die über der Perlitstufe, aber unterhalb der Martensitfestigkeit liegt. Sie kennzeichnet sich weiterhin durch eine sehr hohe Zähigkeit.The intermediate structure is like the TU diagram according to FIG. 4 shows between the pearlitic transformation and the martensite formation. the Intermediate stage is characterized by a strength that is above the pearlite stage, but below the martensite strength lies. It is also characterized by a very high level of toughness.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE19752501175 DE2501175C3 (en) | 1975-01-14 | 1975-01-14 | Device for the heat treatment of profile steel sections for underground route expansion |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |